WO2009024161A1 - Vorrichtung zur entfernung flüssiger, lipophiler materialien aus wasser - Google Patents

Vorrichtung zur entfernung flüssiger, lipophiler materialien aus wasser Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for the removal of liquid, lipophilic materials from water with the purpose of oil soils that form a swimming mat on the water to take in a special way and to be recycled.
  • Such a device has become known, for example, with the subject of AT 500 553 Bl.
  • this known device is a float, the surface of which is occupied by a plurality of cord-like approaches, which extend barbed or tentacle-shaped away from the surface of the float, the cord-like approaches due to their structure of liquid and lipophilic materials take up the water.
  • microfibers plastic fibers
  • other thread-like structures such as, for example, can also be used.
  • natural fibers and especially bast can be used.
  • the known floats have the disadvantage of receiving water in addition to the oil intake.
  • the absorbed water reduces the absorption capacity for oil, so that on the one hand such a floating body can absorb less oil from the water, on the other hand in the recovery of the oil is also a large amount of water is included, which must be additionally removed.
  • the invention is therefore based on the object, a float of the type mentioned in such a way that it with an improved oil absorption capacity, a reduced water absorption capacity and an improved oil storage capacity has a significantly improved long-term behavior with respect to its binding ability.
  • the invention is characterized in that arranged on the float carrier layer consists of a fiber mixture and this fiber mixture consists of one part of plastic fibers and the other part of hydrophobized natural fibers.
  • the mixing ratio of natural fibers and synthetic fibers in the fiber mixture can be varied within wide limits. In a preferred embodiment, a mixing ratio of 1: 1 is preferred. However, the invention is not limited thereto. It is also possible to adjust the mixing ratio between the two types of fibers in the range between 1:50 or 50: 1 between the plastic fiber and the natural fiber.
  • the substantial advantage is achieved that the use of plastic fibers, the oil particles from the oil sponge spongy from the water of the Plastic fibers are absorbed and deposited for a short time on the surface and that then comes to a transfer of these oil particles on the present in the same fiber mixture hydrophobized natural fibers.
  • the plastic fibers thus absorb the oil particles and transport them within the fiber bundle to the natural fibers, which absorb the oil particles due to capillary action, accumulate and store.
  • the term “yarns” is also understood to mean all microfibers and natural fibers, as well as threads which may be twisted one or more times.
  • the invention also relates to all yarn blends, especially cotton-polyester blends and the like, animal fibers, especially wool yarns, cashmere, silk and the like.
  • the invention is not limited to the fact that the nano-particles insert into the structure of the fibrils of the filament. It is also sufficient to attach the nano-particles to the surface of the filament by means of a covalent bond, without the need for a binder or another adhesion promoter. It has been found that this covalent bond is sufficient to allow a sufficient adhesion of the nano-particle to the surface of the filament.
  • the hydrophobization process uses nanoparticles of a hydrophobic rock dust or rock meal with diameters in the range of 5 nm to 500 nm, preferably 200 nm.
  • nanoparticles are simply applied to the natural fiber by shaking or dusting.
  • the nanoparticles are attached covalently or via other interactions to the textile yarns. You can do this beforehand with a chemical treatment (chlorination or treatment with amino acids) in order to enhance the binding action on the fiber fibril of the natural yarn,
  • the chloro-functionalized nano-particles can form covalent bonds with OH groups on the surface of the fibers, while the amino-functionalized nano-particles experience intense hydrogen-bond interactions.
  • a ball of about 2 m in diameter with about 130 kg fiber mixture has a maximum of 7 times the capacity. That is, a ball can absorb about 1 t of oil. The largest part of the oil can therefore be removed from the water with high efficiency and thus prevent the spread of oil spills and their landing. Because of the long-term binding effect of the oil particles in the hydrophobized natural fiber, such floats can remain in the sea for long periods of several weeks without the binding effect decreasing. The oil is thus no longer washed out in the water of floats, as it was previously the case. In principle, such floats can be deployed by watercraft or aircraft. After an oil spill, rapid deployment of the floats is beneficial to minimize environmental impact.
  • the floats are provided with a special inflation mechanism.
  • the balls are transported unaerated to save transport volume. In case of contact with water, the balls inflate themselves and are then unsinkable. You have a mini transmitter on board and can therefore be found at any time. Wind and waves as well as the natural physical laws cause the balls to turn. Thus, an optimal oil absorption over the entire surface of such a floating body is guaranteed.
  • the air-filled hollow body is covered by a strong network on which the fiber mixture according to the invention is mounted.
  • the fibers can be up to 50 cm long and extend beyond the outer circumference of the ball.
  • a location system makes finding the ball at sea easy.
  • the inflation function is similar to a lifeboat.
  • such a floating body weighs about 150 kg unloaded, and when it has reached its full oil absorption capacity, it weighs about 1000 kg.
  • a floating body with a diameter of 50 cm has an oil absorption capacity of 70 kg.
  • a floating body with a diameter of 1 m has an oil absorption capacity of 400 kg and the previously mentioned floating body with a diameter of 2.50 m has an oil absorption capacity of 1000 kg.
  • It is important that the floats do not necessarily have to have a spherical shape. They may also be elongated and interlinked to form an oil barrier. This ensures that the swimming pool can not break out from a certain boundary area at sea in the direction of the coast.
  • this oil barrier not only has a shut-off function, but also a sucking and absorbing function, which effectively reduces and absorbs the oil rug.
  • the air-filled balloon arranged in the interior of the floating body prevents sinking of the float, even if it is completely absorbed with oil.
  • the fiber mixture of natural fibers and synthetic fibers is contained in a single yarn.
  • the yarn thus contains fibers of natural fibers and synthetic fibers which are twisted together.
  • the fiber mixture is present in different yarn threads, which means that one yarn consists of twisted natural fibers and another yarn consists of twisted plastic fibers.
  • Figure 1 schematically in partially cutaway state a float according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows a floating body according to FIG. 1 in its function of absorbing oil from an oil carpet;
  • FIG. 3 shows a greatly enlarged section through a fiber bundle consisting of natural fibers which are hydrophobicized
  • FIG. 4 shows a further enlarged representation according to FIG. 3 with a natural fiber fibril occupied by oil particles
  • Figure 5 a less enlarged view of a
  • Figure 6 the transmission mechanism between a plastic fiber and a natural fiber when receiving oil particles
  • Figure 7 is a view like Figure 6 after complete transfer of the oil particles from the plastic fiber to the natural fiber
  • FIG. 8 shows a modified embodiment in comparison to FIG. 7, in which a natural fiber is not only hydrophobized, but is additionally coated with pigment particles, which still bring about an increase in the oil scavenging capacity (oil-binding capacity); and
  • Figure 9 the representation of the formation of a cord element consisting of strings of natural fibers and strings of plastic fibers.
  • a float 1 which consists essentially of an inner, air-filled balloon 2, which is filled with air, for example via a cartridge 6.
  • the balloon 2 is surrounded by a net 4, and the net is connected to a carrier layer 3 consisting of the fiber mixture 7 according to the invention.
  • a transmitter 5 may be mounted for locating purposes.
  • the fiber mixture 7 forms on the surface of individual cords 10 which protrude radially from the surface of the float, as shown in Figure 2 in a highly schematic and enlarged form.
  • Such natural fibers are preferably cotton fibers or wool fibers of animal wool. However, other cellulosic fibers can also be used. It is also bast fibers, hemp, coconut fiber and other natural fibers into consideration.
  • animal fibers can be used, in particular wool, feathers and hair.
  • nanostaub 16 is understood to mean a nanoparticle-forming rock dust which has a hydrophobic effect.
  • rock dust is finely ground so that the average particle size is only in the nano range. Particles measured in the micrometer range were not recognized as effective.
  • nano-particles from rock dust has proven to be particularly advantageous.
  • Rock dust is particularly hard and is therefore protected against mechanical damage.
  • the hydrophobic nanoparticles produced therefrom have a particularly good adhesion to the fiber fibrils, a long service life and can not be crushed or destroyed in any other way even with large mechanical forces. It has been found that with prolonged exposure to water impregnated with hydrophobized micrometer particles Schüre show no oil binding capacity after a long time, because the particles are washed out. Such micronized particles impregnate with water then full of water, whereby the oil-binding effect is greatly impaired.
  • FIG. 3 now shows that particles measuring only in the nanoscale (in diameter), which preferably consist of a hydrophobic rock dust, settle in the fiber fibril 15 in such a way that they can no longer be washed out or removed. Even mechanical stresses or ultrasonic processing can no longer remove the nanodust particles 16 from the fibril 15 of the natural fiber 13. They bind there due to physical bonds or due to chemical bonding forces. This has been explained in the general part of the description.
  • Suitable hydrophobizing agents are, for example, silicones or the just-mentioned rock dust, which is hydrophobic.
  • the fiber mixture 7 remains porous in the hydrophobization, the impregnation covering each individual thread and not feeling greasy.
  • the drops of water trickle down on them without moistening the fibers. This is illustrated with reference to FIG. 3, where it can be seen that, in the region of the fiber fibril of the fiber bundle 14, a water attack, which takes place in the direction of arrow 17, occurs on the outer surface of the fiber bundle 14 is rejected, so that the water can not penetrate into the interior of the fibril 15.
  • a fiber mixture 7 is now used, which is shown in FIG. 5 as a mixed fiber bundle 20 in a greatly enlarged representation, where it can be seen that plastic fibers 12, which do not have any actual oil-binding capacity, form a twisted yarn thread of conventional type together with the natural fibers 13, which hydrophobicizes are.
  • FIG. 6 shows the transmission mechanism between a plastic fiber 12 and a cotton fiber 13 in the case of a mixed fiber bundle 20 according to FIG.
  • the oil particles 18 are taken up by the lipophilic plastic fiber (eg polypropylene fiber) and bound there for the time being. They adhere briefly to the surface of the plastic fiber 12 and are then transferred to the natural fiber 13 due to mechanical movement and due to capillary action in the natural fiber in the direction of arrow 24 and accumulate due to capillary action in the inner cavity 22 of the natural fiber 13.
  • the lipophilic plastic fiber eg polypropylene fiber
  • Each natural fiber is therefore preferably designed as a tube body 21 and has an inner cavity 22 which is suitable for receiving the oil particles 18, as shown with reference to FIG.
  • the oil particles 18 are thus bound in the interior of the cavity 22 by capillary action and are permanently stored there without them being removed again by mechanical forces.
  • FIG. 8 shows that the oil-binding capacity of the natural fibers can be increased still further if pigment particles 25 are deposited on the outer circumference of the fibril 15, which are referred to under number 45200 as milori blue or berlin blue. It is a powder which is blue and has a bulk density of 450 to 550 kg / m 3 .
  • the pigment particles have a diameter of, for example, 200 nm, are water-insoluble and have a pH greater than 5.
  • these pigment particles form a composite (in the sense of dissolving the oil layer) with the oil particles 18 and partly dissolve the oil particles.
  • the oil retention on the outer surface of the fibril 15 of the natural fiber 13 is further increased, because not only a binding effect by capillary action in the cavity 22 is the result, but also on the outer surface of the fibril 15, a corresponding addition of oil particles 18 takes place.
  • FIG. 9 shows, as a further embodiment, the use of natural fibers and synthetic fibers in a cord 10.
  • natural fiber strands 26 are stranded with artificial strands 27 to form the cord 10. Therefore, the previously described transfer mechanism was formed on the synthetic strands 27 adhering oil particles in the direction of the present in the same cord 10 natural fiber strands 26 in the same cord 10.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Entfernung flüssiger, lipophiler Materialien aus Wasser bereitgestellt mit dem Zweck, Ölverschmutzungen, die einen Schwimmteppich auf dem Wasser bilden, in besonderer Weise aufzunehmen und einer Verwertung zuzuführen. Die Vorrichtung besteht aus einem Schwimmkörper, dessen Oberfläche mit einer Vielzahl von schnurartigen Ansätzen besetzt ist, die sich Stachel- oder tentakelförmig von der Oberfläche des Schwimmkörpers weg erstrecken. Die schnurartigen Ansätze nehmen aufgrund ihrer Struktur flüssige und lipophile Materialien aus dem Wasser auf. Die auf dem Schwimmkörper (1) angeordneten Trägerschicht (3) ist aus einem Fasergemisch (7) gebildet, das mindestens zu einem Teil aus Kunststofffasern (12) und zu einem anderen Teil aus hydrophobisierten Naturfasern (13) besteht.

Description

Vorrichtung zur Entfernunq flüssiger, lipophiler Materialien aus Wasser
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Entfernung flüssiger, lipophiler Materialien aus Wasser mit dem Zweck, Öl- verschmutzungen, die einen Schwimmteppich auf dem Wasser bilden, in besonderer Weise aufzunehmen und einer Verwertung zuzuführen .
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise mit dem Gegenstand der AT 500 553 Bl bekannt geworden.
Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich um einen Schwimmkörper, dessen Oberfläche mit einer Vielzahl von schnurartigen Ansätzen besetzt ist, die sich Stachel- oder tentakel- förmig von der Oberfläche des Schwimmkörpers weg erstrecken, wobei die schnurartigen Ansätze aufgrund ihrer Struktur flüssige und lipophile Materialien aus dem Wasser aufnehmen.
In der genannten Druckschrift wird die Anwendung von Mikrofa- sern (Kunststofffasern) beschrieben, und es wird darauf hingewiesen, dass möglicherweise auch andere fadenartige Gebilde, wie z. B. Naturfasern und insbesondere Bast, verwendet werden können .
Bei einem solchen bekannten Schwimmkörper hat sich herausgestellt, dass das Ölaufnähme- und Ölbindevermögen stark begrenzt ist. Bei der Verwendung von Kunststofffasern, wie es in der AT 500 553 Bl vorgeschlagen wird, hat sich herausgestellt, dass die Kunststofffasern praktisch nicht in der Lage sind, die Öl- teilchen zu binden, sondern sie werden nur aufgrund von einfachen Adhäsionskräften an der Kunststofffaser angelagert, was dazu führt, dass nur eine geringe Bindungswirkung der Ölteil- chen gegeben ist. Daher besteht die Gefahr, dass Ölteilchen im Wasser vom Schwimmkörper wieder ausgespült werden, sodass insgesamt das Ölaufnahme- und Speichervermögen eines solchen Schwimmkörpers gering ist .
Es fehlt also auch eine Langzeitstabilität der Haftung der Ölteilchen an der Kunststofffaser, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass der bekannte Schwimmkörper sofort nach der Aufnahme von Öl aus dem Wasser aufgenommen werden muss, um einer Verwertung (Auspressen des aufgesogenen Öls) zugeführt zu werden.
Dies ist in der Praxis in den seltensten Fällen möglich, denn die Schwimmkörper schwimmen über eine längere Zeit (Tage und gegebenenfalls auch Wochen) in der Ölschicht, um nacheinander- folgend von einem Entsorgungsschiff herausgenommen zu werden und dort weiterverarbeitet zu werden.
Außerdem haben die bekannten Schwimmkörper den Nachteil, neben der Ölaufnahme auch Wasser aufzunehmen. Das aufgenommene Wasser reduziert dabei die Aufnahmekapazität für Öl, so dass einerseits ein solcher Schwimmkörper weniger Öl aus dem Wasser aufnehmen kann, andererseits bei der Rückgewinnung des Öls auch ein großer Wasseranteil enthalten ist, der zusätzlich entfernt werden muss.
Insgesamt lässt sich deshalb feststellen, dass der aus der genannten Druckschrift AT 500 553 Bl bekannte Schwimmkörper nur ein geringes Ölaufnahmevermögen und ein zu hohes Wasseraufnahmevermögen sowie ein beeinträchtigtes Bindevermögen hatte und deshalb der Nachteil bestand, dass die Schwimmkörper nur begrenzt einsetzbar waren.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schwimmkörper der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass er bei einem verbesserten Ölaufnahmevermögen, einem ver- ringerten Wasseraufnahmevermögen und einer verbesserten Ölspei- cherkapazität ein wesentlich verbessertes Langzeitverhalten bezüglich seiner Bindungsfähigkeit hat.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben .
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Schwimmkörper angeordneten Trägerschicht aus einem Fasergemisch besteht und dieses Fasergemisch aus einem Teil aus Kunststofffasern und der andere Teil aus hydrophobisierten Naturfasern besteht.
Das Mischungsverhältnis von Naturfasern und Kunststofffasern im Fasergemisch ist in weiten Grenzen veränderbar. Es wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Mischungsverhältnis von 1:1 bevorzugt. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es ist ebenso möglich, dass Mischungsverhältnis zwischen den beiden Faserarten im Bereich zwischen 1:50 oder 50:1 zwischen der Kunststofffaser und der Naturfaser einzustellen.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich ein überraschender Vorteil gegenüber dem Stand der Technik und es wird außerdem ein Vorurteil in der Fachwelt überwunden:
Würde man nämlich bei einem solchen Schwimmkörper nur Naturfasern verwenden, die nicht hydrophobisiert sind, entsteht der Nachteil, dass sich die Naturfasern zum größten Teil mit Wasser voll saugen und dann die Ölaufnahmefähigkeit stark beeinträchtigt ist. Der Gebrauch solcher Naturfasern bei einem Schwimmkörper wird deshalb in der Fachwelt abgelehnt, weil die Naturfasern sich mit Wasser voll saugen. Auch würden hydrophobisierte Naturfasern - wie beispielsweise aus der WO 01/11126A1 bekannt - allein nicht eine genügende Bindungswirkung für die Ölteilchen ergeben, denn es hat sich herausgestellt, dass die wesentliche Ölaufnahmefähigkeit durch Kunststofffasern bewirkt wird. Derartige Kunststofffasern haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht in der Lage sind, die Ölteilchen an der Oberfläche anzulagern und zu speichern, wie anhand der AT 500 553 B9 erläutert wurde.
Durch die Anordnung eines Fasergemisches am Außenumfang des Schwimmkörpers, welches Fasergemisch zum einen Teil aus Kunststofffasern und zum anderen Teil aus hydrophobisierten Naturfasern besteht, wird nun der wesentliche Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung von Kunststofffasern die Ölteilchen aus dem Ölteppich schwammartig aus dem Wasser von den Kunststofffasern aufgenommen werden und kurzzeitig an deren Oberfläche abgelagert werden und dass es dann zu einer Übertragung dieser Ölteilchen auf die im gleichen Fasergemisch vorhandenen hydrophobisierten Naturfasern kommt.
Die Kunststofffasern nehmen also die Ölteilchen auf und transportieren sie innerhalb des Faserbündels auf die Naturfasern, welche die Ölteilchen aufgrund von Kapillarwirkung aufnehmen, anlagern und speichern.
Aufgrund der Hydrophobisierung der Naturfasern wird damit ausgeschlossen, dass die Naturfasern selbst Wasser aufnehmen, so dass sich bei Versuchen herausgestellt hat, dass ein solcher Schwimmkörper mit dem erfindungsgemäßen Fasergemisch praktisch kein Wasser und nur noch Öl aufnimmt .
Unter dem Begriff "Garne" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung auch sämtliche Mikrofasern und Naturfasern verstanden, ebenso wie Zwirne, die ein- oder mehrfach verzwirnt sein können. Selbstverständlich bezieht sich die Erfindung auch auf sämtliche Garngemische, insbesondere Baumwoll-Polyester-Gemische und dergleichen, tierische Fasern, insbesondere Wollgarne, Kaschmir, Seide und dergleichen.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun anstatt leicht zerstörbarer im Mikrometer- Bereich zu Hydrophobisierung verwendeter Teilchen nunmehr wesentlich kleinere Nano-Teilchen verwendet werden, die sich zwischen den Filamenten einlagern, sozusagen verstecken können und daher gegen mechanische Zerstörung (z.B. Auswaschung) von außen gesichert sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass sich die Nano-Teilchen in das Gefüge der Fibrillen des Filamentes einlegen. Es reicht auch aus, die Nano-Teilchen durch eine kovalente Bindung an der Oberfläche des Filamentes anzuheften, ohne dass es hierbei eines Binders oder eines anderen Haftvermittlers bedarf. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass diese kovalente Bindung ausreicht, einen genügenden Haft- verbund des Nano-Teilchens an der Oberfläche des Filamentes zu ermöglichen.
Das Hydrophobisierungsverfahren verwendet Nano-Teilchen aus einem hydrophoben Gesteinsstaub oder Gesteinsmehl mit Durchmessern im Bereich von 5 nm bis 500 nm, vorzugsweise 200 nm.
Diese Nano-Teilchen werden einfach durch Schütteln oder Bestäuben auf die Naturfaser aufgebracht .
Die Nano-Teilchen werden kovalent oder über andere Wechselwirkungen an die textilen Garne angebunden. Hierbei können Sie vorher einer chemischen Behandlung (Chlorierung oder Behandlung mit Aminosäuren) unterzogen werden, um die Bindungswirkung an der Faserfibrille des Naturgarnes noch zu verstärken,
Die Chloro-funktionalisierten Nano-Partikel können kovalente Bindungen mit OH-Gruppen auf der Oberfläche der Fasern eingehen, während die Aminofunktionalisierten Nano-Partikel intensive Wasserstoff -Brücken-Wechselwirkungen erfahren.
In beiden Fällen sind die Wechselwirkungen jedoch sehr stark und verhindern ein Ablösen der Nano-Partikel: Es gab keinen experimentell bedeutsamen Unterschied zwischen den beiden Systemen. Dies zeigt, dass die kovalente Befestigung der Nano- Partikel für das dauerhafte Hydrophobisieren von Garnen nicht erforderlich ist. Sie ist aber als Alternative beschrieben.
Die kovalente Anbindung an unterschiedliche Garnoberflächen, z.B. Viskosegarne, Polymergarne und dergleichen mehr, erfordert eine Anpassung der Anhaftungsmöglichkeiten. Alle anderen Wirkungsmechanismen zwischen der Oberfläche der Nano-Partikel und der Oberfläche des Garnkörpers führen ebenfalls zu der gewünschten Anhaftung, Solche Anhaftungsmechanismen sind beispielsweise Wasserstoff -Brücken-Bindungen und allgemein Van- der-Waals-Kräfte .
Ein Ball von etwa 2 m Durchmesser mit eingearbeitetem ca. 130 kg Fasergemisch hat eine maximal 7-fache Aufnahmekapazität. Dass heißt, ein Ball kann ca. 1 t Öl aufnehmen. Der größte Teil des Öls kann deshalb mit hohem Wirkungsgrad aus dem Wasser entfernt und somit einer Ausbreitung von Ölteppichen und deren An- landung verhindert werden. Wegen der Langzeit -Bindungswirkung der Ölteilchen in der hydrophobisierten Naturfaser können solche Schwimmkörper auch über lange Zeiträume von mehreren Wochen im Meer verbleiben, ohne dass die Bindungswirkung nachlässt . Das Öl wird somit nicht mehr im Wasser von Schwimmkörper ausgewaschen, wie es vorher der Fall war. Grundsätzlich können solche Schwimmkörper von Wasser- oder von Luftfahrzeugen ausgebracht werden. Nach einem Ölunfall ist ein rascher Einsatz der Schwimmkörper vorteilhaft, um Einflüsse in die Umwelt möglichst gering zu halten.
Es hat sich sogar herausgestellt, dass je zähflüssiger der Öl- teppich ist, desto besser ist die Aufnahmewirkung des erfindungsgemäßen Fasergemisches auf dem Schwimmkörper. Die Schwimmkörper sind mit einem besonderen Aufblasmechanismus versehen. Die Bälle werden unbelüftet transportiert, um Transportvolumen zu sparen. Bei Wasserkontakt blasen sich die Bälle selbständig auf und sind anschließend unsinkbar. Sie haben vorteilhaft einen Minisender an Bord und sind deshalb jederzeit auffindbar. Wind und Wellengang sowie die natürlichen physikalischen Gesetze bewirken, dass sich die Bälle wenden. Somit ist eine optimale Ölaufnahme über die gesamte Oberfläche eines solchen Schwimmkörpers gewährleistet.
Wichtig ist, dass der mit Luft gefüllte Hohlkörper von einem starken Netz ummantelt ist, auf dem das erfindungsgemäße Fasergemisch angebracht ist. Die Fasern können je nach Größe des Balles bis zu 50 cm lang sein und sich über den Außenumfang des Balles heraus erstrecken. Durch ein Ortungssystem ist das Auffinden des Balles auf See einfach. Die Aufblasfunktion ist ähnlich einem Rettungsboot.
Bei einem Durchmesser von etwa 250 cm wiegt ein solcher Schwimmkörper unbelastet etwa 150 kg, und wenn er sein volles Ölaufnahmevermögen erreicht hat, wiegt er etwa 1000 kg. Ein Schwimmkörper mit 50 cm Durchmesser hat ein Ölabsorptionsvermö- gen von 70 kg. Ein Schwimmkörper mit einem Durchmesser von 1 m hat ein Ölabsorptionsvermögen von 400 kg und der vorher genannte Schwimmkörper mit einem Durchmesser von 2,50 m hat ein Ölabsorptionsvermögen von 1000 kg. Wichtig ist, dass die Schwimmkörper nicht notwendigerweise eine Kugelgestalt haben müssen. Sie können auch langgestreckt ausgebildet sein und miteinander verkettet sein, um so eine Ölsperre zu bilden. Damit wird gewährleistet, dass der Schwimmteppich aus einem bestimmten Umgrenzungsbereich auf dem Meer nicht in Richtung auf die Küste ausbrechen kann.
Damit hat diese Ölsperre nicht nur eine Absperrfunktion, sondern auch eine saugende und aufnehmende Funktion, die den Öl- teppich wirksam vermindert und aufnimmt .
Der im Innenraum des Schwimmkörpers angeordnete luftgefüllte Ballon verhindert ein Absinken des Schwimmkörpers, auch wenn er vollständig mit Öl aufgesaugt ist.
Für die Ausbildung des Fasergemisches sind u.a. die drei folgenden Varianten möglich:
In einer 1. Variante ist vorgesehen, dass das Fasergemisch aus Naturfasern und Kunstfasern in einem einzigen Garn enthalten ist. Der Garnfaden enthält demzufolge Fasern aus Naturfasern und Kunststofffasern, die miteinander verzwirnt sind.
In einer 2. Variante ist vorgesehen, dass das Fasergemisch in unterschiedlichen Garnfäden vorhanden ist, was bedeutet, dass ein Garn aus verzwirnten Naturfasern und ein weiteres Garn aus verzwirnten Kunststofffasern besteht.
In einer 3. Variante ist es vorgesehen, dass aus den beiden verschiedenen Garnen Schnüre hergestellt werden und diese Schnüre wiederum zu dickeren Schnüren verseift werden, so dass sich in einem einzigen Schnurelement dünnere Schnüre aus Naturfasern und gleichfalls dünnere Schnüre aus Kunststofffasern vorhanden sind. Wichtig ist, dass die Naturfasern und die Kunststofffasern so in Körperkontakt sind, dass sich der oben bezeichnete Übertragungsmechanismus zwischen den an den Kunststofffasern anhaftenden Ölteilchen in Richtung auf die Naturfasern ausbildet,
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich eine Ausführungsform darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Figur 1 : schematisiert in teilweise aufgeschnittenem Zustand einen Schwimmkörper nach der Erfindung;
Figur 2 : schematisiert einen Schwimmkörper nach Figur 1 in seiner Funktion bei der Aufnahme von Öl aus einem Öl- teppich;
Figur 3 : einen stark vergrößerten Schnitt durch ein Faserbündel, bestehend aus Naturfasern, die hydrophobisiert sind;
Figur 4 : eine noch weiter vergrößerte Darstellung nach Figur 3 mit einem mit Ölteilchen besetzten Naturfaser- Fibrille;
Figur 5 : eine weniger stark vergrößerte Darstellung eines
Mischfaserbündels, bestehend aus Kunststofffasern und hydrophobisierten Naturfasern;
Figur 6: den Übertragungsmechanismus zwischen einer Kunststofffaser und einer Naturfaser bei Aufnahme von Ölteilchen; Figur 7 : eine Darstellung wie Figur 6 nach vollständiger Übertragung der Ölteilchen von der Kunststofffaser auf die Naturfaser;
Figur 8 : eine gegenüber Figur 7 abgewandelte Ausführungsform, bei der eine Naturfaser nicht nur hydrophobisiert ist, sondern zusätzlich mit Pigmentteilchen belegt ist, die noch eine Steigerung der Ölaufnähmefähigkeit (Ölbindungsfähigkeit) bewirken; und
Figur 9: die Darstellung der Ausbildung eines Schnurelementes bestehend aus Schnüren von Natur- und Schnüren aus Kunststofffasern.
In Figur 1 ist ein Schwimmkörper 1 dargestellt, der im Wesentlich aus einem inneren, luftgefüllten Ballon 2 besteht, der beispielsweise über eine Kartusche 6 mit Luft befüllbar ist. Der Ballon 2 wird von einem Netz 4 umgeben, und das Netz ist mit einer Trägerschicht 3 verbunden, die aus dem erfindungsgemäßen Fasergemisch 7 besteht . Im oder am Ballon kann ein Sender 5 zu Ortungszwecken angebracht sein.
Das Fasergemisch 7 bildet an der Oberfläche einzelne Schnüre 10, die radial von der Oberfläche des Schwimmkörpers abstehen, wie es in Figur 2 in stark schematisierter und vergrößerter Form dargestellt ist.
Sobald ein solcher Schwimmkörper 1 in Wasser 9 eingebracht wird, auf dem eine Ölschicht 8 schwimmt, werden die in die Öl- schicht 8 eintauchenden oder durch die Ölschicht 8 hindurchgehenden Schnüre 10 mit einem Ölfilm 11 belegt. Solche Öl- verschmutzten Schnüre werden mit dem Bezugszeichen 10a bezeichnet . Wichtig ist, dass erkannt wurde, dass die eigentliche Ölbin- dungswirkung lediglich durch Naturfasern 13 erfolgt, wie es anhand der Figur 3 erläutert wird.
Solche Naturfasern sind bevorzugt Baumwollfasern oder Wollfasern aus tierischer Wolle. Es können jedoch auch andere Cellu- lose-Fasern verwendet werden. Es kommen ebenso Bastfasern, Hanf, Kokosfaser und andere Naturfasern in Betracht.
Wichtig ist ebenso, dass auch tierische Fasern verwendet werden können, wie insbesondere Wolle, Federn und Haare.
Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass ein besonderer hydrophobisierender Effekt bei Naturfasern 13 dann entsteht, wenn solche Naturfasern 13 mit einem hydrophoben Nanostaub 16 hydrophobisiert werden.
Unter dem Begriff Nanostaub 16 wird hierbei ein Nanoteilchen ausbildender Gesteinsstaub verstanden, der hydrophobe Wirkung hat .
Wichtig ist, dass der Gesteinsstaub so fein zermahlen ist, dass die durchschnittliche Teilchengröße nur noch im Nanobereich liegt. Im Mikrometerbereich messende Teilchen wurden als nicht wirksam erkannt .
Die Verwendung von Nano-Partikeln aus Gesteinsstaub hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Gesteinsstaub ist besonders hart und ist daher gegen mechanische Beschädigung geschützt. Die daraus hergestellten hydrophoben Nano- Partikel haben ein besonders gutes Haftungsvermögen an der Faserfibrille, eine hohe Lebensdauer und können auch bei großen mechanischen Kräften nicht zermalmt oder in anderer Weise zerstört werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bei längerer Wassereinwirkung die mit hydrophobisierten Mikrometer-Teilchen imprägnierten Schüre nach längerer Zeit keine Ölbindevermögen zeigen, denn die Teilchen werden ausgewaschen. Solche mit Mikrometer-Teilchen imprägnierten Schüre saugen sich dann mit Wasser voll, wodurch die Öl -Bindewirkung stark beeinträchtigt wird.
Die Figur 3 zeigt nun, dass erst im Nanobereich (im Durchmesser) messende Teilchen, die bevorzugt aus einem hydrophoben Gesteinsstaub bestehen, sich in der Faserfibrille 15 so festsetzen, dass sie nicht mehr ausgewaschen oder entfernt werden können. Selbst mechanische Beanspruchungen oder eine Ultraschall - bearbeitung vermag nicht mehr die Nanostaub-Teilchen 16 aus der Fibrille 15 der Naturfaser 13 zu entfernen. Sie binden sich dort aufgrund physikalischer Bindungen oder auch aufgrund von chemischen Bindungskräften. Dies wurde im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert .
Es kommt jedenfalls zu einer sehr starken chemischen und physikalischen Bindung der Nanostaub-Teilchen an der Faserfibrille der Naturfaser 14, so dass diese praktisch nicht mehr entfernt werden können.
Geeignete Hydrophobiermittel sind beispielsweise Silikone oder der eben gesagte Gesteinsstaub, der hydrophob ist.
Das Fasergemisch 7 bleibt bei der Hydrophobisierung porös, wobei die Imprägnierung jedes einzelne Fädchen überzieht und sie sich nicht fettig anfühlt. Die Wassertropfen rinnen an ihnen herunter, ohne die Fasern zu benetzen. Dies ist anhand der Figur 3 dargestellt, wo erkennbar ist, dass im Bereich der Faser- fibrille des Faserbündels 14 ein Wasserangriff, der in Pfeil - richtung 17 stattfindet, an der Außenfläche des Faserbündels 14 abgewiesen wird, so dass das Wasser nicht in den Innenraum der Fibrille 15 eindringen kann.
Ein Ölangriff, der beispielsweise in Pfeilrichtung 19 mit Öl- teilchen 18 auf die Fibrille 15 erfolgt, führt zu einer Anlagerung der Ölteilchen 18 gemäß Figur 4 auf der Oberfläche der Naturfaser und der dortigen Fibrille 15. Dies ist in Figur 4 dargestellt .
Erfindungsgemäß wird nun ein Fasergemisch 7 verwendet, welches in Figur 5 als Mischfaserbündel 20 in stark vergrößerter Darstellung dargestellt ist, wo erkennbar ist, dass Kunststofffasern 12, die kein eigentliches Ölbindevermögen haben, einen verdrillten Garnfaden üblicher Art zusammen mit den Naturfasern 13 bilden, die hydrophobisiert sind.
In Figur 6 wird der Übertragungsmechanismus zwischen einer Kunststofffaser 12 und einer Baumwollfaser 13 bei einem Mischfaserbündel 20 gemäß Figur 5 näher erläutert.
Die Ölteilchen 18 werden aufgrund chemischer Anziehung von der lipophilen Kunststofffaser (z. B. Polypropylenfaser) aufgenommen und dort vorerst gebunden. Sie haften kurzzeitig an der O- berfläche der Kunststofffaser 12 an und werden dann aufgrund von mechanischer Bewegung und aufgrund von Kapillarwirkung in der Naturfaser in Pfeilrichtung 24 auf die Naturfaser 13 übertragen und lagern sich aufgrund von Kapillarwirkung im inneren Hohlraum 22 der Naturfaser 13 an.
Jede Naturfaser ist also bevorzugt als Röhrenkörper 21 ausgebildet und weist einen inneren Hohlraum 22 auf, der zur Aufnahme der Ölteilchen 18 geeignet ist, wie dies anhand der Figur 7 dargestellt ist. Die Ölteilchen 18 werden somit im Innenraum des Hohlraumes 22 durch Kapillarwirkung gebunden und sind dort dauerhaft gespeichert, ohne dass sie durch mechanische Kräfte wieder entfernbar wären.
Aus der Figur 7 ergibt sich gleichzeitig, dass eine dauernde Übertragung von der Oberfläche der Kunststofffasern 12 in Richtung auf die im gleichen Faserbündel 20 angeordneten Naturfasern 13 erfolgt, was zu einer akkumulierten Speicherung von Ölteilchen 18 in der Naturfaser 13 führt.
Die Figur 8 zeigt, dass das Ölbindevermögen der Naturfasern noch weiter erhöht werden kann, wenn auf dem Außenumfang der Fibrille 15 Pigmentteilchen 25 angelagert werden, die unter der Nummer 45200 als miloriblau oder berlinerblau bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um ein Pulver, welches blau ist und eine Schüttdichte von 450 bis 550 kg/m3 aufweist. Die Pigmentteilchen haben einen Durchmesser von z.B. 200 nm, sind wasserunlöslich und haben einen pH-Wert größer als 5.
Bei der Verwendung solcher Pigmentteilchen hat sich herausgestellt, dass diese Pigmentteilchen einen Verbund (im Sinne des Anlösens der Ölschicht) mit den Ölteilchen 18 eingehen und die Ölteilchen teilweise anlösen. Dadurch wird das Ölhaltevermögen auf der Außenoberfläche der Fibrille 15 der Naturfaser 13 noch weiter gesteigert, weil nicht nur eine Bindungswirkung durch Kapillarwirkung im Hohlraum 22 die Folge ist, sondern darüber hinaus auch noch an der Außenoberfläche der Fibrille 15 eine entsprechende Anlagerung von Ölteilchen 18 erfolgt.
Die Figur 9 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Verwendung von Naturfasern und Kunststofffasern in einer Schnur 10, Hierbei sind Naturfaserlitzen 26 mit Kunstfaserlitzen 27 zu der Schnur 10 verseilt, Daher bildete sich der vorher beschriebenen Übertragungsmechanismus der auf den Kunstfaserlitzen 27 anhaftenden Ölteilchen in Richtung auf die in der gleichen Schnur 10 vorhandenen Naturfaserlitzen 26 in der gleichen Schnur 10 aus.
Insgesamt wird festgestellt, dass es mit der Erfindung erstmals möglich ist, ein außerordentlich hohes Ölaufnahmevermögen und ein verringertes Wasseraufnahmevermögen sowie eine verbesserte Ölspeicherkapazität und ein wesentlich verbessertes Langzeitverhalten der Bindungsfähigkeit derartiger Schwimmkörper zu erreichen, was bisher noch nicht bekannt war.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Vorrichtung zur Entfernung flüssiger, lipophiler Materialien aus Wasser mit dem Zweck, Ölverschmutzungen, die einen Schwimmteppich auf dem Wasser bilden, in besonderer Weise aufzunehmen und einer Verwertung zuzuführen, bestehend aus einem Schwimmkörper (1) , dessen Oberfläche mit einer Trägerschicht (3) besetzt ist, die eine Vielzahl von schnurartigen Ansätzen (10) aufweist, die sich Stachel- oder tentakelförmig von der
Oberfläche des Schwimmkörpers weg erstrecken, wobei die schnurartigen Ansätze aufgrund ihrer Struktur imstande sind, flüssige und lipophile Materialien aus dem Wasser aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Schwimmkörper (1) angeordneten Trägerschicht (3) aus einem Fasergemisch (7) gebildet ist, das mindestens zu einem Teil aus Kunststofffasern (12) und zu einem anderen Teil aus hydrophobisierten Naturfasern (13) besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (13) mit einem hydrophoben Gesteinsstaub (Na- nostaub 16) oder Gesteinsmehl mit Durchmessern im Bereich von 5 nm bis 500 nm, vorzugsweise 200 nm hydrophobisiert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergemisch aus Naturfasern (13) und Kunstfasern (12) in einem einzigen Garn enthalten ist und der Garnfaden demzufolge Fasern aus Naturfasern und Kunststofffasern enthält, die miteinander verzwirnt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergemisch in unterschiedlichen Garnfäden vorhanden ist, was bedeutet, dass ein Garn aus verzwirnten Naturfasern (13) und ein weiteres Garn aus verzwirnten Kunststofffasern (12) besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den beiden verschiedenen Garnen Schnüre hergestellt sind, diese wiederum zu dickeren Schnüren verseilt sind, so dass sich in einem einzigen Schnurelement dünnere Schnüre aus Naturfasern (13) und gleichfalls dünnere Schnüre aus Kunststofffasern (12) vorhanden sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (13) und die Kunststofffasern (12) so in Körperkontakt sind, dass sich ein Übertragungsmechanismus zwischen den an den Kunststofffasern anhaftenden Ölteilchen in Richtung auf die Naturfasern ausbildet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (13) aus Baumwollfasern oder Wollfasern aus tierischer Wolle aus Einzelfasern oder aus Fasergemischen bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (13) aus Cellulose-Fasern oder aus Bastfasern, Hanf, Kokosfaser und andere Naturfasern als Einzelfaser oder aus Fasergemischen bestehen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (13) aus tierischen Fasern bestehen, wie insbesondere Wolle, Federn und Haare, sowie aus Fasergemischen der genannten Sorten.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasergemisch (7) als Mischfaserbündei
(20) verwendet wird, indem die Kunststofffasern (12) , die kein eigentliches Ölbindevermögen haben, einen verdrillten (verzwirnten) Garnfaden üblicher Art zusammen mit den Naturfasern (13) bilden, die hydrophobisiert sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölbindevermögen der Naturfasern (13) dadurch noch weiter erhöht ist, dass auf dem Außenumfang der Fibrille (15) Pigmentteilchen (25) angelagert sind, die eine chemische Anlösung der dort anhaftenden Ölteilchen bewirken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen (25) einen Durchmesser von etwa 200 nm bis 1000 nm aufweisen und wasserunlöslich sind.
13. Vorrichtung zur Entfernung flüssiger, lipophiler Materialien aus Wasser, bestehend aus einer Mehrzahl von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die miteinander verkettet sind.
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